JP2650215B2

JP2650215B2 - 照明装置を有する観察装置

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Publication number: JP2650215B2
Application number: JP2049669A
Authority: JP
Inventors: クラウス―ペーター・コツホ; ラインハルト・プリンツ
Original assignee: KAARU TSUAISU SUCHIFUTSUNGU
Current assignee: KAARU TSUAISU SUCHIFUTSUNGU
Priority date: 1989-03-02
Filing date: 1990-03-02
Publication date: 1997-09-03
Anticipated expiration: 2012-09-03
Also published as: EP0385262A2; DE8915535U1; JPH02272412A; EP0385262B1; DE59009541D1; DE3906555A1; EP0385262A3; US5038258A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、複数の個々の光源からなる、機械的調整部
材を有しない照明装置を有する観察装置に関する。

［従来の技術］一定の入射角度をもった照明は、三次元的物体の場合
には陰影像を形成し、ひいては観察の際に明らかなコン
トラスト上昇をもたらす。

西独国特許第2852203号明細書から、照明装置が公知
であり、該装置の場合には対物レンズ鏡胴内に光軸を中
心として対称的に外側の環状領域内に光誘導端面を有す
る平坦な保持リングが設けられており、それによって光
入射角度は保持リングを運動させることにより変化させ
ることができる。この装置の欠点は、照明角度を変える
ために保持リングの機械的調節が必要であることにあ
る。光誘導端面の内部配置は極めて大きな接眼レンズを
必要としかつさらに鏡胴内で散乱光を発生する。また、
外部から引き込みかつその端部を極めて精確に加工しな
ければならない多数の光導体を使用することは好ましく
ない。

検眼鏡のための環状照明装置は、米国特許第4666169
号明細書から公知であり、該環状照明装置は、複数の同
心的リングから構成された円柱レンズがその背面側のバ
ックフォーカス内に多数の円形開口を有し、かつ小さな
多数の光源からなっていてもよい光源の光が平行光線で
眼に向けて偏向され、その際中心光線が光軸の１点に当
たる。この照明装置の欠点は、種々の照明装置又はセク
タの選択を行うことができないことにある。それという
のも、該光源の配向された光は固定の絞りを通ってレン
ズに入射するからである。

米国特許第4567551号明細書から、それぞれ１個の対
物レンズ鏡胴の光が対物レンズの鏡胴の外部に取り付け
られた山形鏡を介してゾーンプレートに偏向される照明
装置が公知である。この場合には、該ゾーンプレートは
光を光軸の周辺に集束させる。この装置の場合には、光
が外側から入射されかつ照明角度の選択を行うことがで
きないことが欠点である。

対物レンズ鏡胴の外部の対物レンズ光軸の回りの環内
にある多数の光源の光を、選択的にまたセクタに制限し
て、光軸に対して平行に２つの環状鏡を介して光軸の周
囲の領域の物体面に集束する照明装置は、欧州特許公開
第0223556号明細書から公知である。その両者の環状鏡
の一方の機械的調整により、照明角度の変更が可能であ
る。この装置の重要な欠点は、照明角度を変化させため
に、機械的調節が必要なことにある。加工するのに多大
な費用がかかる反射面が、この照明装置のもう１つの不
利な点である。

西独国特許出願公開第3734691号明細書から、平面状
光源を製造するために多数の半導体光源が二次元的に、
ひいては１つの面内に配置された顕微鏡用照明装置が公
知である。この平面状光源と１つの制御回路が接続され
ており、それにより照明モードの選択と結び付いて選択
された個々の光源ないしは個々の光源組合せの照明を行
う。この平面状光源に関しては、光学的照明系は一直線
上に配置されており、該照明系は平面状光源から出発す
る光を集束しかつ下から透明な物体に向かって偏向す
る。この装置の欠点は、該装置が透過光、ひいては透明
な物体のためにのみに適当であるにすぎないことにあ
る。更に、平面状光源と一直線上に配置された光学的照
明装置が必要とされ、このことは著しく体積の大きな照
明装置を生じる。

Karl Muetze著，“ABC der Optik",Dausien出版
社,1961の561頁に、リーバクーン（Lieberkuehn）鏡を
備えた照明装置が記載されており、この場合には物体の
周囲の入射光は鏡によって光軸の回りに集束せしめられ
る。この場合、光入射は光軸に対して平行に行われる。

［発明が解決しようとする課題］従って、本発明の課題は、照明の際に種々の選択可能
な照明角度で照明するために適当であり、しかも光源又
は結像素子の機械的調節を必要としない照明装置を有す
る観察装置を提供することであった。

［課題を解決するための手段］前記課題は、本発明により、複数の個々の光源からな
り、該光源が多次元的アレーで配置されており、該アレ
ーの中心を観察装置の結像光学系の光軸が通り、かつ前
記光源が光源のそれぞれ又は光源の選択可能な群のそれ
ぞれの強度を個別に制御もしくは調節するための手段と
結合されており、前記光源が結像光学系の結像光路の外
部に配置されており、該光源の光軸が結像光学系の光軸
に対して複数の異なった角度で傾斜しており、前記制御
もしくは調節するための手段が記憶装置を有し、該記憶
装置内に個々の光源又は光源の群のそれぞれの強度の異
なった調節が記憶可能であり、かつ前記光源の光路内に
複数の電子制御可能な立体的光モジュレータが配置され
ていることを特徴とする、照明装置を有する観察装置に
より解決される。

本発明による装置の有利な実施態様は、特許請求の範
囲第２〜10項に記載されている。

［発明の作用及び効果］本発明による照明装置を有する観察装置を用いると、
光学的測定が極めて迅速にかつ周囲の影響（例えば異種
光）を受けずに可能である。光軸の周囲に少なくとも二
次元的アレーで配置された光源は、熱発生が鏡胴内で不
利に影響するのを阻止する。照射は上から行われるの
で、使用分野はその透明度とは無関係に総ての三次元的
物体を包含する。モータ調整機構を有していないため
に、選択可能な照明角度での物体の種々様々な照明を行
うことができる。個々の光源の配向は、複数の光源の光
軸が物体面内の観察光学系の光軸上の１点に突き当たる
ように行う。それによって、観察装置の対物レンズによ
って検出される物体領域内の物体の最適な照明が保証さ
れる。このことは、観察結像光学系の光軸が幾何学的ア
レーの中心を通ることにより容易になる。

本発明によれば、機械的調節機構を必要とせずに、光
入射角度を自由に選択可能に変更すると同時にあらゆる
照明方向から選択可能な照明強度が得られる。それとい
うのも、該光源の光を種々異なった光軸で放射するから
である。それにより、種々の照明方向から各々の個々の
光源、ひいてはまたそれらの組み合わせにおいて物体毎
に制御可能な照明強度が達成される。それというのも、
二次元的アレー内の個々の光源は幾何学的アレー中心か
ら種々異なった距離を有するからである。個々の光源の
アレーは、有利には、複数の個々の、個別に又はまとめ
て制御可能な光源が種々異なった面内の複数の同心円に
配置されるように構成することができるからである。光
源としては、一次光源（熱又は温度放射器）、更にまた
ガラスファイバ、光導波棒又はバックライト遮光板（例
えば小形ハロゲンランプ、小型ストレイトスコープラン
プ、超輝度発光ダイオード等）が該当する。

光源の少なくとも二次元的アレー内には、複数の個別
に電子制御可能な、立体的光モジュレータを設けること
ができる。これらの光モジュレータは小形プロジェクタ
で実現することができ、かつ選択的に特定のパターンを
測定面に投影するか又は専らシーンの照明のために利用
することができる。

アレー内部のこれらの立体的光モジュレータの複数の
ものは結像系の光軸に対して対称的に配置するのが有利
である。その場合、光モジュレータのその都度の選択に
基づき、物体上に結像された光パターンを物体毎に選択
することができる。

照明装置に関する選択可能性の向上は、異なった面内
に円形に配置された光源を複数のセクタに分割しかつそ
れぞれのセクタが別々に点灯可能であることにより達成
される。このことは片面側の照明、ひいては所期の陰影
発生を可能にする。異なった物体に対する照明装置の調
整可能性を得るために、光源の光強度が制御可能であ
る。従って、種々異なった方向から及び種々の異なった
角度での照明が可能である。この構成は有利に小形ハロ
ゲンランプで実現することができる。それというのも、
これらのランプは極く小さくとも白色光を放射するから
でる。この場合には、制限範囲内で高い輝度を得るため
には、各々の光源の前に集束レンズを設けるのが有利で
ある。多くの市販の小形光源は、既に組み込まれたレン
ズを有する。

照明すべき領域に光を偏向させる光学素子を設けるこ
とを省くために、個々の光源は同じ照射方向に配向され
ていてもよい。この場合には、固定体として半球形の支
持体が適当であり、該支持体の内側に個々の光源が固定
される。この場合には、総ての個々の光源は照明領域の
中心から同じ距離を有しているのが有利である。このこ
とは、総ての個々の光源が同じ集束レンズを有すること
により可能になる。照明装置から個々の光源までの一様
な距離は、支持体の内部半径の中心点が照明装置と結合
された結像光学系の物体面に又はその近くにある場合を
達成される。この場合、個々の光源の総ての光軸は該支
持体の内側に垂直に突き当たるので、個々の光源を支持
体に又はその内部に簡単にマウントすることが可能であ
る。半球形の支持体の形は、照明のためのその都度の選
択された角度範囲に基づき、完全な半球、球欠又は球セ
グメントであってもよい。光源感の空間は、換気の目的
のために、また操作者による光学的制御のために中断さ
れていてもよく、それによりその際には光源はブラケッ
ト又はホイールに似た構造体に組み込まれる。

支持体材料は硬質であってもよく、又は著しく軟質で
あってもよい。その際、後者の場合には該支持体は光源
の支持部材、及び該支持部材間の連結部材により補強さ
れる。支持体材料が軟質であれは、付加的な衝突保護作
用が生じる。これは特に座標測定装置のための光学的セ
ンサで使用する際に重要である。

スペクトル幅の狭い光を放出する光源を使用する場合
には、結像光学系をこの制限されたスペクトル範囲のた
めにのみ補正すればよい。その際、異種光を抑制するた
めには付加的に、光源のスペクトル範囲に合わせた、結
像光学系の光路内の干渉帯域フィルタが重要である。

この照明装置では、拡散照明装置、立体角度選択性明
視野／暗視野照明装置及びパターン化された照明のよう
な極めて多くの照明装置種類が可能であるので、制御の
ために手動及び／又は全自動的に作動する手段が設けら
れている。手動制御は、照明装置と接続された操作盤に
より行われる。この操作盤には、光源の制御手段並びに
接続された光源の表示手段が収納されている。この場
合、記憶ユニットに選択された照明様式が記憶され、該
照明様式は表示装置に表示される。入力ユニットのフロ
ント板で、押しボタンを介して個々の光源の活性化が行
われる。これらは光源に相応してフロント板上に配置さ
れ、かつ光源が接続されると発光する発光ダイオードを
有する。各光源はその発光強度を個別に調整することが
できる。その他のボタンは、種々の照明装置のプログラ
ム化を可能にする。

測定結果を誤らせる物体表面特性を排除するために、
光源、及び存在する場合には光パターンプロジェクタの
制御及び調節を閉じた制御回路内の画像処理装置により
行うのが有利である。この画像処理装置は、知識ベース
のものであるのが有利である。この場合には、知識ベー
スの画像処理装置としては、ａ−priori−知識を引き出
す（Template）及び／又は選択的に呼び出すことができ
る種々異なったアルゴリズム（画像処理アルゴリズム、
照明組合せアルゴリズム等）を用いて物体の物体毎の照
明を調整することが可能である装置であると理解される
べきである。ａ−priori−知識は画像処理装置にTeach
−in−Procedurに基づき又はCAD装置によって画像処理
装置に供給され、この場合物体シーンもまた所属の照明
装置も記憶される。テンプレートを用いて更に進行する
かまたそれが存在しない場合には、最適な照明はまた組
織体系探査法、種々の画像処理アルゴリズム及び照明調
整設定（照明強度、方向）によって達成することができ
る。それにより、画像処理装置は一定の冗長性を得るの
で、２つの異なった照明調整の比較により例えばリーフ
の陰影エッジを識別することができる。

特に光源及び光パターンプロジェクタを光軸に対して
垂直な面に配置することにより、種々の画像処理アルゴ
リズムに対する一層の適合可能性が達成される。該光パ
ターンプロジェクタは、特にアクティオートフォーカス
装置を構成するために適当である。そのために、少なく
とも２個の光パターンプロジェクタが必要とされ、該光
パターンプロジェクタは観察光学系の光軸に対して垂直
な同一面上に対向しているのが有利である。このオート
フォーカス装置により、ｚ−調整素子のためにｚ−指令
量が得られる。このことは特に光学式にプローブヘッド
を有する測定機械で照明装置を使用する際に特に重要で
ある。

［実施例］次に、図示の実施例により本発明を詳細に説明する。
この場合、本発明思想の別の重要な特徴並びにより良い
理解のために役だつ説明及び構成の可能性も記述する。

第１図には、顕微鏡の鏡胴１が示され、該鏡胴に照明
装置の半球形の支持体２が固定されている。相当する図
面は、照明装置の半球形の支持体が固定された座標測定
装置の光学式プローブヘッドのためにも考えられる。支
持体２の内部には、多数の小形ランプ３が個々の光源と
して同心円内に配設され、この場合該円は種々の面内に
配置されかつそれぞれの円から小形ランプは規定された
ρ角度で放射する。支持体２の形は、内面13の内部半径
の中心点４が、顕微鏡の鏡胴１内の照明装置と結合され
た結像光学系の物体面５内又はその近くに位置するよう
に選択されている。支持体２の内面13から突出した小形
ランプ３は、その光軸6a〜ｆが内面13に対して垂直にな
るように配向されている。照明装置は、内部半径の中心
点４が光軸10と物体面５との交点のできるだけ近くにあ
る場合、鏡胴１に正しく固定されたことになる。この場
合、鏡胴１に対する支持体２の固定は、鏡胴１に相対す
る支持体２の配向がその要求を満足することができる限
り、自由に選択することができる。その際には、光軸6a
〜ｆは光軸10上の中心点４に突き当たる。顕微鏡の鏡胴
１内の結合光学系により物体支持体８上の物体７を観察
するには、光軸10上の中心点４及びその周辺部が最適に
照明される。中心点４の周辺部は、小形ランプの指向性
（小形ランプ３の放射円錐体）を基準とした支持体２の
幾何学的関係（小形ランプから中心点４までの距離）か
ら生じる。小形ランプ３の指向性は、小形ランプ３の集
束レンズ16（第２図）によって決められる。

今や特定の小形ランプ３が点灯しかつその他の小形ラ
ンプが点灯しないことにより、種々の角度ρでの物体７
の種々異なった照明が達成される。物体７を１個の小形
ランプ、例えば3aのみで照明すると、物体７は一方だけ
の側から角度ρ_１で照射される。しかしまた、光軸10を
中心とした同心円内に配置された総ての小形ランプ3a〜
3fで照射することもできる。そのような円上の小形ラン
プ３の数に基づき、予め選択した数の並置せる小形ラン
プ３で一緒に物体７を照射することにより、多数の種類
の異なったセクタからなる照射を実現することもでき
る。

照明を物体７のさまざまの表面性状に合わせることが
できるように、それぞれの個々の小形ランプ３の輝度は
個別に制御可能である。小形ランプ３はハロゲンラン
プ、LED等から構成されていてもよい。

第2a図には、小形ランプ3bび小さな周辺部が拡大し示
されている。該図面から明らかなように、支持体２は内
側の半割シャーレ2aと、外側の半割シャーレ2bとらなっ
ている。内側の半割シャーレ2a内には、ランプソケット
12がねじ込まれており、該ランプソケット内に個々の光
源として小形ハロゲンランプ3bが存在する。内側の半割
シャーレ2aと外側の半割シャーレ2bとの間に空隙11が存
在し、該空隙内にランプソケット12のリード線が15a,b
が突入している。これらのリード線15a,bは給電導線14
a,bと接続されている。

ランプソケット12は、内側の半割シャーレ2aの内面13
に対して垂直に配向されている。このことは多くの利点
を有する。製作技術的には、ランプソケット12のための
１つの面に対して垂直な孔は最も簡単に製造される。総
ての小形ランプ３の中心点４までの距離が同じであるこ
とにより、総ての小形ランプ３は同じ集束レンズ16を有
することができる。それにより、総ての小形ランプ３は
総ての角度ρ_１〜ρ_３で物体７上の殆ど同じ領域を照明
する（殆どというのは、放射円錐体の異なった円錐断面
が物体７上に照明領域を形成するからであり；それから
生じる照明強度の差異は、個々の小形ランプ３の輝度を
調節することにより補償することができる）。

内側の半割シャーレ2aの内面13は鏡面化されていな
い、それというのも照明は、物体からの好ましくない反
射が該内側で逆反射されないように、正確な角度で行わ
れねばならないからである。支持体２自体の材料は、物
体に不注意で衝突させた際に該物体をできるだけ傷つけ
ないように、極めて軟質である。しかしそれにもかかわ
らず、支持体２は必要な強度を有するように、ランプソ
ケット12はリング18内に固定されており、該リングの材
料は十分に硬質である。これらのリング18は相互に同じ
材料（例えば鋼又はプラスチック）からなる弾性棒17に
よって連結されている。

第2b図においては、小形ランプ３は光導波体100に替
えられている。支持体109は、この場合も内側の半割シ
ャーレ106と外側の半割シャーレ108とからなり、この場
合支持体109の材料は極めて軟質である。従って、内側
の半割シャーレ106は弾性棒110により補強されており、
該弾性棒は光導波体固定のためのリング102を相互に連
結している。これらのリング102はまた、半割シャーレ1
06,108の間に空隙107が存在するように、外側の半割シ
ャーレ108を支持している。この空隙107内を、光導波体
100はリング102に案内され、該リングは、光導波体100
がリング102の内部を案内することができるように、光
導波体100のために開口を有している。リング102の内部
には内ねじ山103が設けられており、該内ねじ山に光導
波体100のための配向素子101の外ねじ山がねじ込まれて
いる。この配向素子101は、光導波体100が内側の半割シ
ャーレ106の内面111に対して垂直な端部を有するように
構成されている。光導波体100の前方に、集束レンズ105
が配設され、該集束レンズは２つの保持リング104及び1
12によって両側が固定されている。この集束レンズ105
は、光導波体100から発する光が物体面内の光軸の周辺
に集中されるように構成されている。

第3a図には、顕微鏡鏡胴１の回りの第１図からの支持
体２の平面図が示されている。該支持体２はホイールの
形式で構成されておりかつ多数のスポーク2cを有し、該
スポークは光学的中心まで異なった距離で円セグメント
2e,2fによって接続されている。更に、尚ブラケット2d
がスポーク2c間に設けられており、該ブラケツトは実施
例では外側の円セグメント2eに設けられている。この場
合には、この支持体２に今や第１図及び第２図から公知
の形式で小形ランプ３が取り付けられる。支持体２の材
料は極めて軟質である（例えば軟質ゴム）、従って小形
ランプ３のランプソケット12はより硬質の材料（例えば
鋼、硬質プラスチック）からなるリング18内に固定され
ている。これらの個々のリング18は、相互に同一の材料
からなる棒17で連結されており、この場合この棒17から
なる連結は、支持体２の捩れを可能にするように構成さ
れている。それにより、支持体２の軟質材料により生じ
る総ての利点は、棒17による補強後にもそのまま維持さ
れる。

支持体の個々の部分2c,2b,2eの間に、小形ランプ３に
より加熱された空気が逃げることができるように開口19
が設けられている。このことは特に温度に敏感な物体を
照明する際に必要であり、しかしまたランプ３の作動温
度を低下させるために役立ち、そうして使用小形ランプ
３の寿命が延ばされる。

僅かな照明方向及び角度が必要であるに過ぎない場合
には、第3b図中の光源９をスポーク29上に配設すること
もできる。この場合も、衝突保護のために軟質被覆を有
する硬質材料からなるリング18b及び棒18bからなるスポ
ーク2gの構造が重要である。この構成の特別の利点は、
支持体2gを通って被照明物体を見ることのできる大きな
自由視野にある。この光軸には、参照番号90が付けられ
ている。

それぞれの光源９はそれらの電気導線34で照明装置の
制御回路35と接続されている。該制御回路35はそれぞれ
の光源９を個別に投入しかつその輝度を個別に調節する
ことができる。制御回路35とケーブル36を介して操作盤
37が接続されており、該操作盤は操作のために光源９を
制御するため及び投入された光源９を表示するための装
置を備えている。

光源としては、また超輝度の発光ダイオードも該当す
る。これは更にその高い輝度によってまた狭いスペクト
ル幅で優れている。この場合例として、以下のものが挙
げられる：この放射特性は、最適な結像を得るために、顕微鏡鏡
胴内の結像光学系の補正計算のための基準として規格化
されたものである。同時に、結像光学系を製造するため
のガラスの種類も、スペクトル帯域内で最大の透過が行
われるように選び出す。さらに、周囲光影響を排除する
ために、顕微鏡鏡胴内に干渉帯域フィルタが配設されて
いる。このフィルタは有利に発光ダイオードから発せら
れたスペクトル範囲を透過させかつ選択されたスペクト
ル範囲外の光線を減衰させる。超輝度発光ダイオード
は、特に顕微鏡鏡胴１の光路内のCCDカメラと組み合わ
せて使用するために特に極めて良好である。

第４図には、第１図に示した顕微鏡の照明装置のため
の制御ユニットのフロントプレート25が示されている。
該制御ユニット自体は従来の技術に基づく公知方式で、
多数の小形ランプを制御することができかつフロントプ
レート25が入力及び表示装置として役立つように構成さ
れている。

フロントプレート25は２つの領域26,27に分割されて
いる。第１の領域27には、小形ランプ３（第１図）の数
に相応して発光ダイオード31を有する押しボタン31が配
置されており、この場合、発光ダイオード31aを有する
押しボタン32は照明のために設けられている。該押しボ
タン32を押すことにより、小形ランプ３（第１図）を選
択しかつ同時に投入及び遮断させる。１個の小形ランプ
３を押しボタン32を押すことにより投入しかつ選択する
と、小形ランプ３の作動を示すために、発光ダイオード
31が押しボタン32を照明する。同時に、第２の領域26内
のプラス・マイナスキー22を介して小形ランプ３の輝度
を変化させることができる。この変化は、キー26を長く
押せば押す程に、ますます急速に行われる。輝度の調製
された値（０〜100％）はディスプレイ23に表示され
る。複数の押しボタン22を同時に押すか又は別の押しボ
タン32を押しながら、１つの押しボタン32を押し続ける
と、複数の小形ランプ３の輝度を同時に変化させること
ができる。

押しボタン32を新たに押して別の小形ランプ３を選択
することにより、調整された値が制御装置の記憶器に中
間記憶されかつ新たに選択された小形ランプ３の輝度
を、それ以前の調整に影響を及ぼすことなく、調整する
ことができ。こうしてそれぞれの小形ランプ３を個々に
又は群で照明のためのそれらの輝度を調整すとができ
る。調整を解除したい場合には、相応する押しボタン32
を押し、発光ダイオード31を発光させかつ小形ランプ３
を遮断しなければならない。この押しボタン32を新たに
押すことにより、小形ランプ３を再び投入しかつその輝
度をプラス・マイナスキー22を介して新たに調整するこ
とができる。

しかしまた、複数の照明装置を順次に記憶器に入力し
かつ再び呼び出すことも可能である。そのためには、前
記方式で照明装置を調整する。この操作を行う場合に
は、PR−Nrキー28を押しかつ調整される照明装置にテン
キー33で数を入力する。この調整される照明装置に入力
された数はディスプレイ20に表示される。ENTERキー24
を押すことにより、選択された数で照明調整の記憶が行
われ、この場合それ以前の調整はこの数で書き換えられ
る。

この操作方式は、数回繰り返し、そうして複数の照明
調整を有するプログラムを順次に入力することができ
る。１つのプログラムステップを消去したい場合には、
PR−Nrキー28及びテンキー33でディスプレイ20相応する
数を入力しかつＬキー30を押す。

該プログラムを進行させたい場合には、開始させたい
プログラムステップを調整設定しかつ次いで、すぐ上の
プログラム数を有する次の照明調整設定を達成するため
に、PRキー29を押す。更に、フロントプレート25には、
支持体２（第１図）の小形ランプを投入しかつ鏡胴を通
る照明光を一緒に遮断することができるオン・オフスイ
ッチ21が設けれている。

第５図には、第6a図及び第７図で使用される光源の具
体的な構造が示されている。この光源はミニチュアプロ
ゼクタとして使用される。フィラメント39の白色光は、
凹面鏡として構成されたレフレクタ38から２つの平凸レ
ンズからなるコンデンサ40に偏向され、該コンデンサは
フィラメント39から発する発散光束を投影レンズ42の中
心に結像する。該投影レンズ42の前方に、立体的モジュ
レータ43が設けられている。この場合、例えば非磁性の
透明基板上の制御電流の磁界によってトリガーされる二
次元的アイゼングラナート・ピクセル（Eisengranat−P
ixsel）構造が使用される。ピクセルの磁化方向に依存
して、透過光の偏向方向は時計回りの方向又は反時計回
り方向に旋回せしめられる（ファラデー効果）。偏光子
／分析器の組合せにより、そうして個々のピクセルが
“明”と“暗”の間で接続される。該光モジュレータに
記憶された画像情報は、維持のためにエネルギを必要と
しない（永久記憶装置）。光モジュレータ43は平面アレ
ーを有するチップとして構成されている（例えば265×2
56ピクセル）。１ピクセル当たりの切換時間は１μ秒未
満である。従って、光源を極めて迅速に点滅することが
できる。しかもその際、フィラメント39を通る電流を変
化させる必要はない。更に、この装置で極めて容易にか
つ極めて迅速に光学的測定のために必要な線形パターン
又は非連続線を投影面41上に結像させることができる。

これらの光線51a及び51bの２つを第５図に基づき測定
器械の光学式プローブヘツド45の照明装置内に組み込む
と、例えば測定面48上に十字線を形成することができ
る。該十字線は第6a図に示されている。この場合、測定
プロジェクタ51a及び51bは光学式プローブヘッド45の光
軸46に対して垂直な面上に90゜の角度だけずらされてい
る。この場合、光源51a及び51bの光軸47a及び47bは、化
学式プローブヘッド45の光軸と点44で交差する。該測定
面48が操作ヘッド45の光軸46に対して正確に垂直に配向
されている場合には、光源51a及び51bの両者の線43a及
び43bは正確にこの点44に当たりかつ二等辺の十字線を
形成し、その線43a及び43bの間にそれぞれ90゜の角度が
生じる。別の角度は、測定面48がｘ−（50）又はｙ−
（49）方向の角度β又はγだけ傾いている場合にも生じ
る。この場合、ｚ−方向は光学式プローブヘッド45の光
軸46によて規定される。第6a図〜第6e図には、該走査ヘ
ッドがその測定面48を基準として正確に最適な面内に存
在しない場合、いかなる像が走査ヘッド45のために生じ
るかが示されている。線の総ての配向は第6a図に基づく
装置で配向される。

第6b図には、なお一方では、両者の測定プローブヘッ
ドにより測定面にプローブヘッド（β，γ＝０゜）から
の距離ｚで投影される像が示されている。測定プロジェ
クタによって形成された両者の線52,54は、その際には
正確に検出された画像部分の中心に当たる。第6c図の画
像は、測定面56が近すぎる場合に生じる。その際には、
測定面56と光学式プローブヘツドとの間の距離はもはや
ｚでなく、ｚ−Δｚである。

両者の投影された線55,57は、共通に同じ値だけずら
されて検出された画像部分の１つの角に移行する。ｚ＋
ｚで、測定面63の第6d図に示された画像が得られる。こ
の際、両者の投影された線61,62は共通に同じ値だけず
らされて検出された画像部分の反対側の角に移行する。

第6e図にはまた、測定面を角度βだけ傾けると、測定
面60のどうのような画像が生じるかが示されている。そ
の際には、一方の投影線57は基準位置にあるが、他方の
投影線58は第１の線57に対して傾斜した線を描く。相応
することは、測定面を角度γだけ傾けた際もしくは測定
面の図示の配向を組み合わせた際にも当はまる。

第７図には、照明装置72は測定機械の光学式プロープ
ヘッド71に取り付けられている。このプローブヘッド71
はCCDカメラ77及び対物レンズ73を有する。該プローブ
ヘッド71の光軸78の周囲の視野86は、プローブヘッド71
を２つの同心円内に包囲する光源75,76,79,80によって
照明される。該光源75,76,79,80は、その光線を異なっ
た角度83,84で視野86に放出するので、三次元的物体の
場合には、内側円の光源76,79だけ又は外側の光源75,80
だけで照明する場合には、種々の陰影を生じる。従っ
て、特定の光源75,76,79,80によってCCDカメラ77の方向
への全反射が生じるように、それぞれの光線75,76,79,8
0は個々にその輝度を調整することができる。総ての光
源75,76,79,80は、光学式プローブヘッド１に係脱自在
に固定された支持体81によって保持される。総ての光源
75,76,79,80が同じ構造的設計で同じ光強度を視野86内
に発生することができかつ同じ領域を照明できるよう
に、支持体72は、光源75,76,79,80が総て交点66を中心
として球状シャーレ上に存在するように形成されてい
る。光源75,79及び76,80のそれぞれの円は全部で８個の
光源（図面には75,76,79,80が示されている）からな
り、該光源はそれぞれ相互に45゜の間隔を有し、かつCC
Dカメラ77中のCCD平面状センサの幾何学的構造に相応し
て配向されている。この配向は、第7a図に概念図で示さ
れており、該図面ではCCD平面状センサの幾何学的構造
に相応して配向されている。この配置は第7a図に概念図
で示されおり、その場合CCD平面状センサの回りに２つ
の円内にそれぞれ８個の光源が配置されている。この配
置は、第7a図に相応して選択したものである。それとい
うのも、この形式の照明装置はエッジ検出のためのソー
ベル・アルゴリズム（Sobel−Argorithmus）のために画
像評価において最良の結果をもたらすからである。光源
75,76,79,80の光軸82は、総てプローブヘッド71の光軸7
8上の点66で交差する。この点66が物体面85上にある場
合には、物体面85の鮮鋭な画像がCCDカメラ77に結像さ
れる。

光源75,76,79,80の前方に、それぞれ１個の制御可能
な光モジュレータ67,68,69,70が配置されており、該モ
ジュレータはピクセルマトリックス（512×512）からな
るパターンを形成することができる。

データ導線91を介して、CCDカメラ77のビデオ信号が
画像処理装置97に達する。そこでビデオ信号はディジタ
ル化されかつ次いで画像記憶装置に達成する。画像処理
97は、データバス96で測定機械の制御ボックス94と接続
されており。該接続ボックスはまたデータバス98でホス
トコンピュータ99と接続されている。画像処理のために
必要な総てのコンピュータ操作は、画像処理装置97で行
われる。制御ボックス94は、測定機械と関連する総ての
パラメータを制御するために役立つ。ホストコンピュー
タ99を介して、測定機械の操作者は制御ボックス97及び
画像処理装置97へのアクセスが可能である。ホストコン
ピュータ99は、個別の測定対象の測定プロセスのために
必要な総てのパラメータの調整及び固定のために役立
つ。画像処理装置97によって確認された値は、物体面85
の像で画像モニタ93で測定機械の操作者に可視化され、
該モニタは信号導線95で画像処理装置97と接続されてい
る。該画像処理装置97と、データバス92を介して照明装
置制御モジュール65が接続されている。該照明装置モジ
ュール65は投影モード記憶装置87からなり、該記憶装置
内にこの都度の照明調整のための種々のパラメータ調整
が記憶されている。これらのパラメータは、それぞれの
照明シーンのための各光源75,76,79,80のためのその都
度の照明強度を含む。更に、各照明シーンのための個々
の光モジュレータの種々の調整値が記憶されている。画
像処理装置97によるその都度の基準値に基づき、個別の
ディジタル化されたパラメータが投影モード記憶装置87
に呼び出されかつD/Aコンバータ88を介して照明装置制
御電子装置89に送られる。該照明装置制御電子装置89
は、それぞれの個々の光源75,76,79,80及びそれぞれの
光モジュレータ67,68,69,70を個々に導線ケーブル74を
介して画像処理装置97によって予め与えられたパラメー
タに相応して個別に調整できるように構成されている。

【図面の簡単な説明】

第１図は顕微鏡鏡胴（又は座標測定装置の化学式プロー
ブヘッド）に取り付けた半割シャーレ状支持体を使用し
た環状照明装置の断面図、第2a図は小形ハロゲンランプ
固定機構の詳細断面図、第2b図は小形ランプの代わりに
光導波体を使用した固定機構の断面図、第3a図は第１図
の照明装置の平面図、第3b図はスポークに取り付けた照
明装置の平面図、第４図は第１図の個々の光源を制御す
るための入力ユニットのフロントプレートを示す図、第
５図は小形プロジェクタの原理的構造を示す図、第6a〜
ｅ図はオートフォーカス装置に対する小形プロジェクタ
の利用を説明する図、第７図は全自動照明装置の構成図
及び第7a図は照明装置の照明光源の配置図である。 2,109,81,2c〜ｇ……半球形の支持体、3,100,9,75〜80
……個々の光源（3b……小形ハロゲンランプ）、5,48,9
5……物体面、6a〜f,47,82……個々の光源の光軸、10,4
6,78,90……観察装置の光軸、37……操作盤、42,50a〜
ｂ……立体的モジュレータ、87……知識ベース画像処理
装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭63−98619（ＪＰ，Ａ) 特開昭54−135547（ＪＰ，Ａ) 実開昭56−159305（ＪＰ，Ｕ) 特公昭56−51324（ＪＰ，Ｂ２)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の個々の光源（3,9,75〜80,100）から
なり、該光源が多次元的アレーで配置されており、該ア
レーの中心を観察装置の結像光学径の光軸（10,46,78,9
0）が通り、かつ前記光源が光源のそれぞれ又は光源の
選択可能な群のそれぞれの強度を個別に制御もしくは調
節するための手段（25,35,65）と結合されており、前記
光源が結像光学系（1,73）の結像光路の外部に配置され
ており、該光源の光軸（6a〜f;47a,B;82）が結像光学系
の光軸に対して複数の異なった角度で傾斜しており、前
記制御もしくは調節するための手段が記憶装置（87）を
有し、該記憶装置内に個々の光源又は光源の群のそれぞ
れの強度の異なった調節が記憶可能であり、かつ前記光
源の光路内に複数の電子制御可能な立体的光モジュレー
タ（43,51a＋ｂ）が配置されていることを特徴とする、
照明装置を有する観察装置。
【請求項２】アレーの内部に結像系の光軸（10,46,78,9
0）に対して対称的に分配された立体的光モジュレータ
（43,51a＋ｂ）が配列されかつ光パターンプロジェクタ
として構成されている請求項１記載の観察装置。
【請求項３】物体（７）上に光パターンプロジェクタ
（43,51a＋ｂ）によつて結像される光パターンが物体毎
に選択可能である請求項２記載の観察装置。
【請求項４】個々の光源（3,100,9,75〜80）が小形ハロ
ゲンランプ（3b）である請求項１から３までのいずれか
１項記載の観察装置。
【請求項５】個々の光源（3,100,9,75〜85）が半球形の
支持体（2,109,81,2c〜ｇ）の内側に固定されている請
求項１から４項までのいずれか１項記載の観察装置。
【請求項６】支持体（2,109,81,2c〜ｇ）の内側半径の
中心点が照明装置と結合された結像光学系の物体面（5,
48,85）内又はその近くにある請求項５記載の観察装
置。
【請求項７】照明装置と接続された操作盤（37）が設け
られており、該操作盤が照明装置の制御のための手段を
設備している請求項１から６までのいずれか１項記載の
観察装置。
【請求項８】光源（3,100,9,75〜80）及び／又は光パタ
ーンプロジェクタ（43,51a＋ｂ）の制御及び調節が知識
ベース画像処理装置（97）によって閉じた制御回路内で
行われ、この場合画像処理装置（97）において測定結果
を誤らせる表面特性を排除することができる請求項１か
ら７までのいずれか１項記載の観察装置。
【請求項９】光源（3,100,9,75〜80）及び光パターンプ
ロジェクタ（43,51a＋ｂ）が光軸（10,46,78,90）に対
して垂直な面内に、種々の画像処理アルゴリズムへの適
合性が可能であるように配置されている請求項１から８
までのいずれか１項記載の観察装置。
【請求項１０】少なくとも２つの光パターンプロジェク
タからアクティブオートフォーカス装置が構成され、該
装置がｚ−調整素子のためのｚ−指令量を発生する請求
項１から９項までのいずれか１項記載の観察装置。